آزمايش حد روانی و حد خميری
(Liquid and Plastic limits)
مقدمه:
در زمان وجود کانی های رسی در خاک ريزدانه ،خاک را ميتوان با افزودن مقداری رطوبت بدون خردشدن شکل داد. اين ماهيت چسبندگی در اثر احاطه شدن ذرات رس با آب جذب شده ايجاد می شود.در اوايل قرن بيستم يک دانشمند سوئدی به نام اتربرگ روشی را برای توصيف سفتی خاک ريزدانه با ميزان رطوبت متفاوت ابداع کرد. خاک در ميزان رطوبت بسيار پايين بيشتر شبيه جسم جامد عمل می کند. در ميزان رطوبت بسيار بالا ،خاک وآب شبيه يک سيال جاری می شوند. بنابراين بر اساس يک مبنای اختياری ،بسته به ميزان رطوبت ،رفتار خاک را می توان به 4 حالت تقسيم کرد:جامد،نيمه جامد،خميری و روان.ميزان رطوبتی که در آن خاک از حالت جامد به حالت نيمه جامد تبديل می شود ،حد جمع شدگی نام دارد. ميزان رطوبتی که در آن خاک از حالت نيمه جامد به حالت خميری تبديل می شود، حد خميری و از حالت خميری به حالت روانی ،حد روانی ناميده می شود. اين پارامتر را حدود Atterberg نيز می نامند. حد روانی،خميری و دامنه خميری از پارامترهای لازم در طبقه بندی خاک های ريزدانه محسوب ميشود.



آزمايش تعيين حد روانی

وسايل مورد نياز:
1. دستگاه حد روانی کاساگرانده.
2. شيار کش.
3. ظروف تعيين رطوبت.
4. کاردک يا تيغه کاردی شکل.
5. گرمخانه(اون).
6. ترازو با دقت 0.01 گرم.
7. الک نمره 40.
دستگاه کاساگرانده:
وسيله ای مکانيکی است با يک پياله برنجی به قطرداخلی 54 ميليمتروضخامت2 ميليمتر و وزن 200 گرم.اين پياله از قسمت عقب بوسيله سنجاقی روی دو پايه که اين پايه خود بروی سکويي ازجنس پلاستيک سخت قراردارد لولا می شود.بوسيله گرداندن يک دسته پياله روی لولا چرخيده وبالا می رود.دو مرتبه پايين می افتد ودر حقيقت ضربه ای به کف آن زده می شود. همراه با اين وسيله ميله ای نيز برای ايجاد يک شکاف استاندارد در داخل نمونه خاک محتوی پياله طرح شده است.ميله شياردهنده می تواند شکافی با مقطع ذوزنقه ای که قاعده کوچک آن در پايين به عرض 2 ميليمترو قاعده بزرگ آن در بالا بعرض 11 ميليمتر و ارتفاع آن 8 ميليمتراست ايجاد کند.
اين دستگاه در آزمايشگاه به 2 شكل : 1- با شماره انداز ، 2- بدون شماره انداز موجود ميباشد كه نمونه هايي از اين دستگاه را در شكل زير مشاهده ميكنيد :

نمونه خاک:
نمونه ای به وزن 130 گرم رااز قسمتی از خاک که بخوبی مخلوط شده و از الک نمره 40 رد شده است انتخاب ميکنيم. خاک خشک شده در گرمخانه روی حدود اتربرگ اثر گذاشته وآنها را پايين می آورد. هرگز نبايد حدود اتربرگ راروی مصالح خشک شده انجام داد.برای رفع اين مسئله وتعيين حدود صحيح اتربرگ بهتراست مصالح را با رطوبت طبيعی(که ازالک 40 عبور می کند) آزمايش کرد.
شرح آزمايش:
نمونه انتخابی را با 26 سی سی آب اوليه روی سطح سينی خوب مخلوط می کنيم تا آنکه خمير نرم و يکنواختی حاصل شود. قسمتی ازنمونه خميرآماده شده را درداخل پياله برنجیِ جام قرار داده وسطح آنرا هم تراز با لبه پياله بوسيله کاردک با حداقل مالش ممکن صاف می کنيم . از پياله حد روانی نبايد جهت مخلوط کردن آب وخاک استفاده شود. مقدارخاک درداخل پياله بايد آن قدر باشد که تقريبا حجم پياله در قسمت جلو پرشود و عمق آن درمرکز حدود 12ميليمترباشد. ازحبس شدن حباب هوا در مخلوط جلوگيری شود. سپس شيارکش را عمود بر سطح پياله گرفته از قسمت عقب به جلوی نمونه شکافی درآن ايجاد می کنيم تا عمق شکاف در نقطه حداکثر ضخامت به 10 ميليمتر برسد.خاک های اضافه را برمی داريم و برای اجتناب از کنده شدن خاک اطراف شيار يا سرخوردن خاک

درپياله، شيارکش را چند مرتبه درطول خط مرکزی ازجلو به عقب می کشيم تا عمق شيار بيشتر شود. بلافاصله بعد از ايجاد شکاف دسته را می گردانيم تا پياله ضربه هايی به سکوی دستگاه بزند.سرعت گرداندن دسته بايد تقريبا 2 دور درثانيه باشد وآنقدر ادامه می يابد تا وقتی که شيار در طولی به اندازه 13 ميليمتر بسته شود. تعداد ضربات لازم برای بسته شدن شيار را يادداشت کرده و مقداری از خاک داخل جام را که شامل قسمت بسته شده شيار است برای تعيين درصد رطوبت داخل ظرف مخصوص می ريزيم و درپوش آن را می بنديم. سپس وزن ظرف و خاک مرطوب(W2) را تعيين می کنيم . جام را خالی کرده ، جام و شيارکش را تميز می کنيم و برای مرحله بعد آماده می کنيم. به نمونه خاک مقداری آب (1 تا3 ميلی ليتر) اضافه می کنيم تا درصد رطوبت آن بالاتر رود وتعداد ضربات لازم برای بستن شيار کم شود. مراحل ذکر شده رابرای2 نمونه ديگر با درصد رطوبت متفامت مجدداً تکرار می کنيم . منظور از اين کار دست يافتن به مقدار رطوبت نمونه ای است که درهر آزمايش تعداد ضرباتش بين 15 تا 35 باشد. در صد رطوبت نمونه ها را بايد تعيين کنيم . برای اين کار، ظرف های تعيين درصد رطوبت را درگرمخانه قرار می دهيم تا خشک شود وبه وزن ثابت برسد. (W3)





محاسبات :
با توجه به نتايج تعداد زيادی آزمايش،حد روانی درصد رطوبتی است که در آن لبه شکاف استاندارد حاصله بر اثر 25 ضربه بطول معادل 13 ميليمتر بسته شود .ميزان رطوبت خاک بر حسب درصد و تعداد ضربه های متناظر روی يک کاغذ نمودار نيمه لگاريتمی ترسيم ميشود. رابطه ميان ميزان رطوبت ولگاريتم تعداد ضربات تقريبا به صورت يک خط مستقيم است. به اين خط منحنی جريان گفته ميشود. ميزان رطوبت متناظر با 25 ضربه يعنی همان حد روانی خاک ،
تعداد ضربات
N درصدرطوبت
(%) وزن ظرف و
خاک خشک
W3g) وزن ظرف و
خاک مرطوب
W2(g) وزن ظرف
W1(g) شماره ظرف
28 35.71429 61 65 49.8 25
24 40.92769 57 60 49.67 26
17 13.21877 66 68 50.87 27

در آزمايش فوق با استفاده از نمودار بالا ، درصد رطوبت خاک به ازای 25 ضربه،1/36ست آمد كه همان حد رواني است: %LL=36.1




آزمايش تعيين حد خميری

مقدمه:
تعيين درصد رطوبتی است که در آن خاک به حالت خمير شکل پذير باشد و کمتر از اين حد خاک ترک برمی دارد.
وسايل مورد نياز:

1. سطح شيشه ای يا سطح صاف ديگر.
2. کاردک .
3. ظروف تعيين درصد رطوبت.
4. گرمخانه (اون).
5. ترازو با دقت 1 گرم.
نمونه خاک:
اگرفقط منظور تعيين حد خميری خاک باشد مقداري خاك به وزن تقريبا 20 گرم از مصالح راکه از الک شماره 40 عبور کرده، بهمان طريقی که در آزمايش حد روانی شرح داده شده تهيه می کنيم. اگر هر دو آزمايش حدروانی و خميری مورد نياز است نمونه ای به وزن تقريبا 8 گرم از قسمت مرطوب و کاملا مخلوط شده خاک را انتخاب می کنيم. اگر نمونه قبل از اتمام آزمايش حد روانی برداشته شده باشد ، تا تمام شدن آزمايش حد روانی آن را به کناری گذاشته واجازه می دهيم تا در هوا خشک شود.اگر نمونه در حين آزمايش حد روانی برداشته شده و خشک تر از آن است که بتواند زير انگشتان بصورت ميله ای به قطر 3.2 ميليمتر درآيد ،آب بيشتر اضافه نموده و دوباره بخوبی مخلوط می کنيم.





شرح آزمايش:
نمونه آزمايش رابا فشردن بين انگشتان دست بصورت يک توده بيضی يا کره ای شکل درمی آوريم. اين توده خاکی را بين انگشتان و صفحه شيشه ای که بروی يک سطح افقی و صاف قرار دارد با فشار کمی می غلطانيم تا به قطر يکسان در سراسر طول درآيد،ميزان غلطاندن بين 80 تا90 مالش در دقيقه خواهد بود که هر مالش يک حرکت کامل به جلو و عقب دست می باشد. وقتی فتيله به قطر 3.2 ميليمتر درآمد آن را به 6 تا 8 قطعه تقسيم می کنيم . قطعات را هم بين انگشتان دو دست فشرده و به توده ای يکنواخت وبه شکل تقريبا بيضی در می آوريم و دوباره روی سطح شيشه می غلطانيم . اين عمل را آنقدر ادامه می دهيم تا وقتی که خاک تحت فشار لازم برای غلطاندن آن خردشده و ديگر نتواند به شکل فتيله درآيد. حالت خرد شدن خاک ممکن است زماني پيش آيد که قطر فتيله بيش از 3.2 ميليمتر شود. هيچ گاه آزمايش کننده نبايد سعی کند فتيله خميری دقيقا با قطر 3.2 ميليمتر ترک بخورد. بدين ترتيب که آنقدر عمل غلطانيدن را ادامه می دهيم تا فتيله 3.2 ميليمتری ايجاد شود. در اين صورت يا ميزان غلطيدن يا فشار دست يا هر دو کم می شود و عمل غلطانيدن آنقدر ادامه می يابد تا فتيله خاک ترک بردارد . تکه های خردشده را پس از ترک خوردن جمع کرده و در قوطی تعيين درصد رطوبت می گذاريم . قوطی و خاک را گرم وزن کرده ودر اون قرار ميدهيم . پس از خشک شدن نمونه مجدداً قوطی محتوی نمونه را وزن کرده و کاهش وزن در نتيجهء خشک شدن را به عنوان وزن آب يادداشت می کنيم . در جهت اطمينان به رسيدن حد خميری ، دو قوطی نمونه انتخاب و سپس ميانگين درصد رطوبت حاصل از آنها را به عنوان حد خميری در نظر می گيريم.


فتيله 3 ميليمتري در حد پلاستيك




محاسبات :





همان طور که گفته شد ،حد خميری همان درصد رطوبت است که درآن فتيله خاک در قطر 3.2 ميليمتری شروع به ترک خوردن می کند. رطوبت حد خميری به آسانی قابل اندازه گيری است و هر کسی با کمی تجربه می تواند مقدار آن رابا 1 يا 2 درصد تقريب معين نمايد.

از ميانگين درصد رطوبت 2 نمونه مقدار حد خميری PL=10.03 می آيد.دامنه خميری اختلاف عددی بين حد خميری و حد روانی خاک است و مشخص کننده درصد رطوبتی است که در آن خاک به حالت خميری ميماند








شماره ظرف وزن ظرف
(w1 gr) وزن ظرف + خاك مرطوب (W2 gr) وزن ظرف + خاك خشك (W3 gr) درصد رطوبت
ω%
77 49.5 50.07 50 14.00
106 49.68 51.08 51 6.06
PL=10.03 ، LL=36.1 PI=( LL – PL) =26.07